CN114151067A - 一种井下扶正机构及滑动测斜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物探技术领域，具体涉及一种井下扶正机构及滑动测斜装置。该井下扶正机构包括：测斜杆、三根支撑臂和三个弹性机构。测斜杆轴向方向间隔设有三个安装孔；三根支撑臂分别穿过三个所述安装孔内，三根所述支撑臂的中部与测斜杆转动连接，且三根所述支撑臂的可转动方向分别朝向所述测斜杆周向方向均匀间隔的三个方向上；三个弹性机构分别与三根所述支撑臂连接，使所述支撑臂不受外力时，可与所述测斜杆的轴向呈设定角度，受到外力时，可收回至所述安装孔内。本申请能够解决现有技术中不能确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，会导致测得的数据可信度不高的问题。

Description

一种井下扶正机构及滑动测斜装置

技术领域

本发明涉及物探技术领域，具体涉及一种井下扶正机构及滑动测斜装置。

背景技术

井斜角是指油水井中某点的中轴线与地球铅垂线之间的夹角，其范围为0°～180°，井斜角用来指示井眼轨迹的斜度。钻直井中，要尽力控制井斜角的大小(井斜越小越好)，而在定向井和水平井钻井中，则要把井斜控制在合适的范围内。在钻进过程中，只有能够准确的测得井孔的井斜角才能控制井孔的走向。

在水利水电、城建、公路桥梁等各类钻孔，桩基孔检测时，需要数据采集装置与井孔的轴线之间的角度确保在已知的设定角度，这样测得的数据才有更高的可信度。

现有技术中虽然已经有一些可以使数据采集装置位于井孔内的装置，但是其并不能确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，会导致测得的数据可信度不高的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种井下扶正机构及滑动测斜装置，能够解决现有技术中不能确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，会导致测得的数据可信度不高的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种井下扶正机构，包括：

测斜杆，其轴向方向间隔设有三个安装孔；

三根支撑臂，其分别穿过三个所述安装孔内，三根所述支撑臂的中部与测斜杆转动连接，且三根所述支撑臂的可转动方向分别朝向所述测斜杆周向方向均匀间隔的三个方向上；

三个弹性机构，其分别与三根所述支撑臂连接，使所述支撑臂不受外力时，可与所述测斜杆的轴向呈设定角度，受到外力时，可收回至所述安装孔内。

在一些可选的方案中，每根所述支撑臂的两端均设有可转动的滚轮。

在一些可选的方案中，所述安装孔内设有台阶轴，所述支撑臂可转动地卡设在所述台阶轴上。

在一些可选的方案中，所述弹性机构为扭簧，所述支撑臂与台阶轴之间通过所述扭簧连接。

在一些可选的方案中，所述安装孔两侧的侧壁上设有螺母槽，所述台阶轴的两端穿过所述安装孔两侧侧壁伸入至所述螺母槽内，通过设置在所述螺母槽内的螺母固定在所述测斜杆上。

在一些可选的方案中，所述设定角度为90°。

在一些可选的方案中，所述安装孔为长圆孔。

另一方面，本发明还提供一种滑动测斜装置，包括上述的井下扶正机构。

在一些可选的方案中，还包括数据采集集成机构，其设于所述测斜杆的端部，用于采集孔内数据。

在一些可选的方案中，所述数据采集集成机构与测斜杆通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：三根支撑臂的端部抵持在井孔的井壁上时，测斜杆会位于井孔内的居中位置，并且弹性机构提供的弹性力会使测斜杆稳定处于井孔内居中位置，保持稳定，使测量数据更加准确。由于三根支撑臂分别安装在测斜杆轴向方向间隔设置的三个安装孔内，测斜杆有一定的长度，三根支撑臂均展开抵持在井孔的内壁上时，并且测斜杆处于每根支撑臂的中心位置，每根支撑臂的转动中心均位于测斜杆的轴线上，每根支撑臂的端部抵持在井孔的内壁上，支撑臂的中心点也为井孔轴线上，三点成线，测斜杆的轴线会与井孔的轴线重合，这样的设计可以使测斜杆的轴向线最大可能的与井孔的轴线处于同一轴线上，确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，因此测得的数据可信度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中滑动测斜装置的三维结构示意图；

图2为本发明实施例中滑动测斜装置的主视结构示意图。

图中：1、测斜杆；11、安装孔；12、台阶轴；2、支撑臂；21、滚轮；3、弹性机构；4、数据采集集成机构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中滑动测斜装置的三维结构示意图；图2为本发明实施例中滑动测斜装置的主视结构示意图。如图1和图2所示，一方面，本发明提供一种井下扶正机构，包括：测斜杆1、三根支撑臂2和三个弹性机构3。

其中，测斜杆1轴向方向间隔设有三个安装孔11；三根支撑臂2、分别穿过三个安装孔11内，三根支撑臂2的中部与测斜杆1转动连接，且三根支撑臂2分别朝向测斜杆1周向方向均匀间隔的三个方向上；三个弹性机构3分别与三根支撑臂2连接，使支撑臂2不受外力时，可与测斜杆1的轴向呈设定角度，受到外力时，可收回至安装孔11内。

在本方案中，在使用该井下扶正机构测量井孔的井斜数据时，首先将数据采集集成机构4安装到测斜杆1，与该井下扶正机构一起下放至井孔内，在下放时，采用外力将三根支撑臂2收缩至以井孔轴向线为中心的最大伸展处直径小于井孔的直径后，放入至井孔内，在井筒内的三根支撑臂2在弹性机构3的作用下，使三根支撑臂2的端部均抵持在井孔的井壁上。由于，三根支撑臂2分别朝向测斜杆1周向方向均匀间隔的三个方向上，即三根支撑臂2的转动方向均匀间隔布置在测斜杆1周向方向，弹性机构3的弹性力相同，所以三根支撑臂2的端部抵持在井孔的井壁上时，测斜杆1会位于井孔内的居中位置，并且弹性机构3提供的弹性力会使测斜杆1稳定处于井孔内居中位置，保持稳定，使测量数据更加准确。另外，由于三根支撑臂2分别安装在测斜杆1轴向方向间隔设置的三个安装孔11内，测斜杆1有一定的长度，三根支撑臂2均展开抵持在井孔的内壁上时，并且测斜杆1处于每根支撑臂2的中心位置，每根支撑臂2的转动中心均位于测斜杆1的轴线上，每根支撑臂2的端部抵持在井孔的内壁上，支撑臂2的中心点也为井孔轴线上，三点成线，测斜杆1的轴线会与井孔的轴线重合，这样的设计可以使测斜杆1的轴向线最大可能的与井孔的轴线处于同一轴线上，确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，因此测得的数据可信度更高。相较于现有技术中的井下扶正机构，现有的扶正机构展开部位于同一径向断面上，这样的设计只能保证该径向断面的中心是与井孔的中心重合，当测量杆倾斜时，无法修正，地面人员也无法获知，测量杆的轴线不会与井孔的中心线重合，会使数据采集装置与井孔的轴线之间的角度不是已知的设定角度，因导致测得的数据可信度不高。

在一些可选的实施例中，每根支撑臂2的两端均设有可转动的滚轮21。在本实施例中，滚轮21的直径大于支撑臂2的宽度，并且滚轮21可沿测斜杆1的径向方向滚动，即下放是可在井孔的井壁上滚动，这样可以在上提和下放该井下扶正机构时，更加的顺畅，较小在井孔内上提和下放的阻力。

本例中，井下扶正机构与数据采集机构的总重量为自重13KG，利用牵引绳与井下扶正机构连接，在大自重的作用下，井下扶正机构能顺利无卡阻的在井孔内向下滑行，上提牵引绳即可使井下扶正机构在井孔内向上滑行，使用较简单。另外，在自重不足的情况下还可以在测斜杆1的端部连接配重节段，使测斜杆1顺利下滑。在其他实施例中，也可以采用钻杆将井下扶正机构连接数据采集集成机构4下放至井内，但是可能会受到钻杆的下压力，导致井下扶正机构不能很好的居中，或者井下扶正机构的轴线不能与井孔的中心线重合，导致测量数据不准确。

在一些可选的实施例中，安装孔11内设有台阶轴12，支撑臂2可转动地卡设在台阶轴12上。在一些可选的实施例中，支撑臂2通过台阶轴12可转动的设置在安装孔11内，可以很好的限定支撑臂2的位置，并使支撑臂2的转动中心处于测斜杆1轴线上，这样可确保在使用时测斜杆1处于井孔的居中位置，并使测斜杆1的轴线与井孔的中心重合，以使测量数据精确。

在一些可选的实施例中，弹性机构3为扭簧，支撑臂2与台阶轴12之间通过扭簧连接。在本实施例中，扭簧即为扭转弹簧，扭转弹簧两端的伸出部呈180°，即在同一直线上，扭转弹簧的主体套设在台阶轴12上，两端的伸出部分别与支撑臂2旋转中心的两侧固定连接，并且扭转弹簧的主体与台阶轴12相对固定，这样只要设计好初始的支撑臂2角度和扭转弹簧两端伸出部的角度，即可确定支撑臂2与测斜杆1轴向线之间的设定角度。

在一些可选的实施例中，安装孔11两侧的侧壁上设有螺母槽，台阶轴12的两端穿过安装孔11两侧侧壁伸入至螺母槽内，通过设置在螺母槽内的螺母固定在测斜杆1上。

在本实施例中，为了确保测斜杆1的外壁没有伸出部，在台阶轴12的安装处设计螺母槽，台阶轴12的两端穿过安装孔11两侧侧壁伸入至螺母槽内，通过设置在螺母槽内的螺母与台阶轴12的两端连接，将台阶轴12固定在测斜杆1上，并使台阶轴12的两端均不伸出测斜杆1的外壁，以及紧固台阶轴12两端的螺母均不会位于测斜杆1的外壁。

在一些可选的实施例中，设定角度为90°。在本实施例中，支撑臂2不受外力时，支撑臂2与测斜杆1的轴向方向呈90°，即支撑臂2在自然状态下与测斜杆1的轴向方向垂直，即扭转弹簧两端的伸出部呈180°，即位于同一直线上，且与测斜杆1的轴向方向垂直。这样的设计可以使井下扶正机构在下放至井孔内后，有较大的回弹力，以保持测斜杆1的稳定。当然，在其他实施例中，也可以根据回弹力的需求，以及井孔内井壁的光滑情况设计支撑臂2与测斜杆1的轴向方向的夹角。

在一些可选的实施例中，安装孔11为长圆孔。在本实施例中，将安装孔11设计为长圆孔，长圆孔的内壁与支撑臂2的转动方向平行，可方便支撑臂2的收回和展开，避免支撑臂2在收回和展开时与长圆孔的内壁发生摩擦。

图1为本发明实施例中滑动测斜装置的三维结构示意图；图2为本发明实施例中滑动测斜装置的主视结构示意图。如图1和图2所示，另一方面，本发明还提供一种滑动测斜装置，包括上述井下扶正机构。

在一些可选的实施例中，该滑动测斜装置还包括数据采集集成机构4，其设于测斜杆1的端部，用于采集孔内数据。并且，数据采集集成机构4与测斜杆1通过螺栓连接。

在本实施例中，数据采集集成机构4设置在测斜杆1的尾部，即在下放滑动测斜装置至井孔内后，数据采集集成机构4位于靠近进口的位置，这样的设计可以避免整个滑动测斜装置下放至井底时，数据采集集成机构4与井底碰撞发生损坏。通过设置在尾端的数据采集集成机构采集孔内数据及整个装置姿态数据，并将数据传输于主机采集分析软件井斜分析。测斜杆1在下放时，靠近井底的一端设计为圆弧形，可减小与井壁之间的摩擦，方便测斜杆1下放。在其他实施例中，数据采集集成机构4还可以设计至测斜杆1中部，或者采用其他的测量井斜的传感器，也可以达到相同的效果。

综上所述，在使用该滑动测斜装置时，首先将数据采集集成机构4安装到测斜杆1，与该井下扶正机构一起下放至井孔内，在下放时，采用外力将三根支撑臂2收缩至以井孔轴向线为中心的最大伸展处直径小于井孔的直径后，放入至井孔内，在井筒内的三根支撑臂2在弹性机构3的作用下，使三根支撑臂2的端部均抵持在井孔的井壁上。由于，三根支撑臂2分别朝向测斜杆1周向方向均匀间隔的三个方向上，即三根支撑臂2的转动方向均匀间隔布置在测斜杆1周向方向，弹性机构3的弹性力相同，所以三根支撑臂2的端部抵持在井孔的井壁上时，测斜杆1会位于井孔内的居中位置，并且弹性机构3提供的弹性力会使测斜杆1稳定处于井孔内居中位置，保持稳定，使测量数据更加准确。另外，由于三根支撑臂2分别安装在测斜杆1轴向方向间隔设置的三个安装孔11内，测斜杆1有一定的长度，三根支撑臂2均展开抵持在井孔的内壁上时，并且测斜杆1处于每根支撑臂2的中心位置，每根支撑臂2的转动中心均位于测斜杆1的轴线上，每根支撑臂2的端部抵持在井孔的内壁上，支撑臂2的中心点也为井孔轴线上，三点成线，测斜杆1的轴线会与井孔的轴线重合，这样的设计可以使测斜杆1的轴向线最大可能的与井孔的轴线处于同一轴线上，确保数据采集装置与井孔的轴线之间的角度就为已知的设定角度，因此测得的数据可信度更高。

相较于现有技术中的井下扶正机构，现有的扶正机构展开部位于同一径向断面上，这样的设计只能保证该径向断面的中心是与井孔的中心重合，当测量杆倾斜时，无法修正，地面人员也无法获知，测量杆的轴线不会与井孔的中心线重合，会使数据采集装置与井孔的轴线之间的角度不是已知的设定角度，因导致测得的数据可信度不高。而采用本申请中的滑动测斜装置就可以很好的解决上述问题。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种井下扶正机构，其特征在于，包括：

测斜杆(1)，其轴向方向间隔设有三个安装孔(11)；

三根支撑臂(2)，其分别穿过三个所述安装孔(11)内，三根所述支撑臂(2)的中部与测斜杆(1)转动连接，且三根所述支撑臂(2)的可转动方向分别朝向所述测斜杆(1)周向方向均匀间隔的三个方向上；

三个弹性机构(3)，其分别与三根所述支撑臂(2)连接，使所述支撑臂(2)不受外力时，可与所述测斜杆(1)的轴向呈设定角度，受到外力时，可收回至所述安装孔(11)内。

2.如权利要求1所述的井下扶正机构，其特征在于：每根所述支撑臂(2)的两端均设有可转动的滚轮(21)。

3.如权利要求1所述的井下扶正机构，其特征在于：所述安装孔(11)内设有台阶轴(12)，所述支撑臂(2)可转动地卡设在所述台阶轴(12)上。

4.如权利要求3所述的井下扶正机构，其特征在于：所述弹性机构(3)为扭簧，所述支撑臂(2)与台阶轴(12)之间通过所述扭簧连接。

5.如权利要求3所述的井下扶正机构，其特征在于，所述安装孔(11)两侧的侧壁上设有螺母槽，所述台阶轴(12)的两端穿过所述安装孔(11)两侧侧壁伸入至所述螺母槽内，通过设置在所述螺母槽内的螺母固定在所述测斜杆(1)上。

6.如权利要求1所述的井下扶正机构，其特征在于：所述设定角度为90°。

7.如权利要求1所述的井下扶正机构，其特征在于：所述安装孔(11)为长圆孔。

8.一种滑动测斜装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的井下扶正机构。

9.如权利要求8所述的滑动测斜装置，其特征在于，还包括数据采集集成机构(4)，其设于测斜杆(1)的端部，用于采集孔内数据。

10.如权利要求9所述的滑动测斜装置，其特征在于，所述数据采集集成机构(4)与测斜杆(1)通过螺栓连接。

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